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摘要：高性能复合保温材料在异型屋面工程中的应用
关键词：保温材料；屋面
在建筑上对材料保温性能越来越重视的今天，节能环保已经成为工程上一个重要的概念。在我研究的很多大型建筑中，高性能的复合保温材料都得到了广泛的应用,其产生的经济效益及环保功效体现出了此种材料的远大发展前景。现今在环保的观念越来越受到世界范围的重视的背景下,高性能的保温材料的应用一定会愈加广泛。
保温材料在异型屋面的运用上，经我研究多方面的资料后认为上海锦秋加州花园在这方面是比较有代表性的一个。其最大的建筑特点是引入美国加州小别墅建筑理念，采用外形充满浪漫情调的异形屋面形式(圆拱型屋面)。但这给屋面保温层的施工带来了诸多麻烦，对保温材料的热工性能、耐久性以及经济性提出了更高的要求。
屋面保温采用的方案是：10cm厚普通混凝土 2cm厚砂浆十5cm厚珍珠岩保温板 2.5cm厚砂浆。该方案存在的缺陷是： (1)保温材料耐久性不好，(2)施工程序复杂，施工速度慢，(3)保温材料热绝缘系数较小，达不到对屋面保温材料热工性能的规定，(4)珍珠岩板保温工程经济性不良。此外，该工程在保温层上钉2层彩色防水瓦防渗，要求保温层具有良好的可钉性。但该方案中砂浆层性脆，可钉性达不到要求。为此，建设单位要求对保温方案进行改进，克服上述缺陷。
高性能复合屋面保温材料的试验研制。《屋面工程技术规范》(GB 50207-94)将目前普遍使用的屋面保温层分为松散材料保温层、板状材料保温层和整体保温层。总结上述各种保温材料在上海各类建筑工程中的实际应用效果，我们发现：由于与之相应的施工工艺的局限性以及这些材料固有的缺陷，使上述各种保温材料往往达不到《屋面工程技术规范》提出的技术要求：“屋面保温材料应具有吸水率低、表观密度和导热系数较小，并有一定强度。”综合目前国外屋面保温材料的发展动向以及高分子保温材料和混凝土技术的新成果，发现采取“高分子保温材料板十高性能陶粒混凝土”技术路线可实现规范对屋面保温材料的各项技术要求，而且可加快施工进度，并取得良好的经济效益。
一、试验用原材料及其性能
(1)高分子保温材料板：根据异形屋面特点、尺寸以及屋面工程对保温层热绝缘系数的要求在上海某化工厂定制。这种材料密度为20kg／m3，导热系数0.04l W／(m．K)，其吸水率为3％，耐水性良好，并具有一定的塑性和强度。
(2)陶粒：常州产粘土陶粒。其筒压强度为4.3MPa,堆积密度为525kg／m3，颗粒表观密度为890kg／m3，空隙率为41％，吸水率为8.2％。
(3)细骨料(A料)：为提高经济性，并贯彻执行上海市政府关于综合利用工业废料的有关政策，选用一种工业废渣代替陶砂。这种废渣除颗粒级配不理想外，其它性能均满足《轻集料混凝土技术规程》(JGJ 51-90)对轻细集料的要求。
(4)水泥：上海水泥厂产425#矿渣硅酸盐水泥。
(5)掺合料(B料)：一种微细工业废料粉。适量掺入可改善陶粒混凝土施工性能和耐久性，尤其可提高混凝土拌和物的稠度。
(6)冷拔钢丝：直径为4mm的冷拔钢丝。
(7)特种纤维(C料)：适量掺入可显著提高陶粒混凝土的抗拉强度，防止在结构突变部位产生裂缝。
(8)高效减水剂(D料)：一种引气型高效萘系减水剂。
二、高性能复合保温材料的研制
1. 高性能复合保温层的组成方案
参照相关规定，再根据建设单位提出的要求以及其选用的材料的性能，相关机构提出的高性能复合保温材料组成方案为：5cm厚高分子材料保温板 3.5cm厚高性能陶粒混凝土，其中高性能陶粒混凝土的配制是关键。
2. 高性能陶粒混凝土的配制
(1)工程对陶粒混凝土的技术性要求。28d抗压强度达到CLl5等级，干密度不大于1250kg／m3，陶粒混凝土屋面不能开裂，异型屋面陶粒混凝土施工不使用模板。
(2)高性能陶粒混凝上的配制。锦秋加州花园采用“圆拱型”屋面型式，这种屋面型式坡度大，结构上有突变部位，上浇薄层陶粒混凝土，并使之达到上述要求，对配合比设计提出了新的要求。按照《轻集料混凝土技术规程》(JG51-90)设计的陶粒混凝土无法实现上述目标，为此他们利用现代高性能混凝土和纤维混凝土技术的有关成果进行优化设计和反复试配，配制了2组代号分别为ES-2和ES-3的高性能陶粒混凝土，满足工程要求。
三、样板工程试验研究
为了对设计的施工方案和研制的高性能复合屋面的保温材料进行检验和评估，进行了样板工程的试验研究。样板工程的结构尺寸和形状与实际房型一模一样，浇筑样板工程的屋面结构层并养护至规定龄期后，在结构层上面进行保温层的试验研究。试验研究内容共分3部分：
(1)对施工方案的可操作性、工作效率以及对工程质量的影响等因素进行综合分析，并对其加以改进和完善。
(2)按现场施工条件完成屋面保温层的施工，并测定其有关性能。
(3)从技术性和经济性两方面对新老屋面的保温方案进行对比研究。
1.施工方案的确定
根据实际施工操作顺序，其设计了施工方案，通过对现场施工遇到的问题进行研究，并考虑施工工艺对保温材料性能的影响，对方案进行了补充和完善，最终采用方案是：一是用特殊材料和特殊工艺高效快速固定保温板，保温板错缝布置，可防裂并加快浇筑陶粒混凝土速度；二是在保温板上绑扎冷拔钢丝，并使冷拔钢丝从保温板上垫起3cm，固定冷拔钢丝网，使之与保温板形成一个整体，可改善施工质量。
2.新老屋面保温方案对比研究
他们制定的新屋面保温方案为：10cm厚普通混凝土(第1层) 5cm厚高分子材料保温板(第2层) 3.5cm厚高性能陶粒混凝土(第3层)。新老保温方案的耐久性优劣已为实践和研究所证实，因此本文主要对这2个保温方案的热工性能和经济性进行对比研究。
本项目采用新保温方案，使上海锦秋加州花园二期屋面保温工程取得了良好的技术经济效果。配制满足工程需要的陶粒混凝土是新保温方案实施的关键，为此，必须借鉴高性能混凝土的有关成果和结论。
关键词：保温材料；屋面
在建筑上对材料保温性能越来越重视的今天，节能环保已经成为工程上一个重要的概念。在我研究的很多大型建筑中，高性能的复合保温材料都得到了广泛的应用,其产生的经济效益及环保功效体现出了此种材料的远大发展前景。现今在环保的观念越来越受到世界范围的重视的背景下,高性能的保温材料的应用一定会愈加广泛。
保温材料在异型屋面的运用上，经我研究多方面的资料后认为上海锦秋加州花园在这方面是比较有代表性的一个。其最大的建筑特点是引入美国加州小别墅建筑理念，采用外形充满浪漫情调的异形屋面形式(圆拱型屋面)。但这给屋面保温层的施工带来了诸多麻烦，对保温材料的热工性能、耐久性以及经济性提出了更高的要求。
屋面保温采用的方案是：10cm厚普通混凝土 2cm厚砂浆十5cm厚珍珠岩保温板 2.5cm厚砂浆。该方案存在的缺陷是： (1)保温材料耐久性不好，(2)施工程序复杂，施工速度慢，(3)保温材料热绝缘系数较小，达不到对屋面保温材料热工性能的规定，(4)珍珠岩板保温工程经济性不良。此外，该工程在保温层上钉2层彩色防水瓦防渗，要求保温层具有良好的可钉性。但该方案中砂浆层性脆，可钉性达不到要求。为此，建设单位要求对保温方案进行改进，克服上述缺陷。
高性能复合屋面保温材料的试验研制。《屋面工程技术规范》(GB 50207-94)将目前普遍使用的屋面保温层分为松散材料保温层、板状材料保温层和整体保温层。总结上述各种保温材料在上海各类建筑工程中的实际应用效果，我们发现：由于与之相应的施工工艺的局限性以及这些材料固有的缺陷，使上述各种保温材料往往达不到《屋面工程技术规范》提出的技术要求：“屋面保温材料应具有吸水率低、表观密度和导热系数较小，并有一定强度。”综合目前国外屋面保温材料的发展动向以及高分子保温材料和混凝土技术的新成果，发现采取“高分子保温材料板十高性能陶粒混凝土”技术路线可实现规范对屋面保温材料的各项技术要求，而且可加快施工进度，并取得良好的经济效益。
一、试验用原材料及其性能
(1)高分子保温材料板：根据异形屋面特点、尺寸以及屋面工程对保温层热绝缘系数的要求在上海某化工厂定制。这种材料密度为20kg／m3，导热系数0.04l W／(m．K)，其吸水率为3％，耐水性良好，并具有一定的塑性和强度。
(2)陶粒：常州产粘土陶粒。其筒压强度为4.3MPa,堆积密度为525kg／m3，颗粒表观密度为890kg／m3，空隙率为41％，吸水率为8.2％。
(3)细骨料(A料)：为提高经济性，并贯彻执行上海市政府关于综合利用工业废料的有关政策，选用一种工业废渣代替陶砂。这种废渣除颗粒级配不理想外，其它性能均满足《轻集料混凝土技术规程》(JGJ 51-90)对轻细集料的要求。
(4)水泥：上海水泥厂产425#矿渣硅酸盐水泥。
(5)掺合料(B料)：一种微细工业废料粉。适量掺入可改善陶粒混凝土施工性能和耐久性，尤其可提高混凝土拌和物的稠度。
(6)冷拔钢丝：直径为4mm的冷拔钢丝。
(7)特种纤维(C料)：适量掺入可显著提高陶粒混凝土的抗拉强度，防止在结构突变部位产生裂缝。
(8)高效减水剂(D料)：一种引气型高效萘系减水剂。
二、高性能复合保温材料的研制
1. 高性能复合保温层的组成方案
参照相关规定，再根据建设单位提出的要求以及其选用的材料的性能，相关机构提出的高性能复合保温材料组成方案为：5cm厚高分子材料保温板 3.5cm厚高性能陶粒混凝土，其中高性能陶粒混凝土的配制是关键。
2. 高性能陶粒混凝土的配制
(1)工程对陶粒混凝土的技术性要求。28d抗压强度达到CLl5等级，干密度不大于1250kg／m3，陶粒混凝土屋面不能开裂，异型屋面陶粒混凝土施工不使用模板。
(2)高性能陶粒混凝上的配制。锦秋加州花园采用“圆拱型”屋面型式，这种屋面型式坡度大，结构上有突变部位，上浇薄层陶粒混凝土，并使之达到上述要求，对配合比设计提出了新的要求。按照《轻集料混凝土技术规程》(JG51-90)设计的陶粒混凝土无法实现上述目标，为此他们利用现代高性能混凝土和纤维混凝土技术的有关成果进行优化设计和反复试配，配制了2组代号分别为ES-2和ES-3的高性能陶粒混凝土，满足工程要求。
三、样板工程试验研究
为了对设计的施工方案和研制的高性能复合屋面的保温材料进行检验和评估，进行了样板工程的试验研究。样板工程的结构尺寸和形状与实际房型一模一样，浇筑样板工程的屋面结构层并养护至规定龄期后，在结构层上面进行保温层的试验研究。试验研究内容共分3部分：
(1)对施工方案的可操作性、工作效率以及对工程质量的影响等因素进行综合分析，并对其加以改进和完善。
(2)按现场施工条件完成屋面保温层的施工，并测定其有关性能。
(3)从技术性和经济性两方面对新老屋面的保温方案进行对比研究。
1.施工方案的确定
根据实际施工操作顺序，其设计了施工方案，通过对现场施工遇到的问题进行研究，并考虑施工工艺对保温材料性能的影响，对方案进行了补充和完善，最终采用方案是：一是用特殊材料和特殊工艺高效快速固定保温板，保温板错缝布置，可防裂并加快浇筑陶粒混凝土速度；二是在保温板上绑扎冷拔钢丝，并使冷拔钢丝从保温板上垫起3cm，固定冷拔钢丝网，使之与保温板形成一个整体，可改善施工质量。
2.新老屋面保温方案对比研究
他们制定的新屋面保温方案为：10cm厚普通混凝土(第1层) 5cm厚高分子材料保温板(第2层) 3.5cm厚高性能陶粒混凝土(第3层)。新老保温方案的耐久性优劣已为实践和研究所证实，因此本文主要对这2个保温方案的热工性能和经济性进行对比研究。
本项目采用新保温方案，使上海锦秋加州花园二期屋面保温工程取得了良好的技术经济效果。配制满足工程需要的陶粒混凝土是新保温方案实施的关键，为此，必须借鉴高性能混凝土的有关成果和结论。